CN107804979A

CN107804979A - 一种增强橡胶用短切玄武岩纤维浸润剂及制备方法

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Publication number: CN107804979A
Application number: CN201711090948.0A
Authority: CN
Inventors: 唐昌万; 李军; 江山; 姚云建; 康明
Original assignee: SICHUAN FIBERGLASS GROUP CO Ltd
Current assignee: SICHUAN FIBERGLASS GROUP CO Ltd
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2018-03-16
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: CN107804979B

Abstract

本发明公开了一种增强橡胶用短切玄武岩纤维浸润剂及制备方法。浸润剂包括0.2％‑1.0％偶联剂，0.03％‑0.08％pH调节剂，3％‑10％成膜剂1，1％‑5％成膜剂2，0.1％‑1.0％润滑剂，0.01％‑0.1％抗静电剂，余量为水；所述成膜剂1为浓度为40％‑45％丁苯橡胶乳液，所述成膜剂2为浓度为45％‑50％环氧树脂乳液，所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。制备方法包括分别配制成膜剂溶液，润滑剂溶液以及偶联剂溶液，再依次加入容器中搅拌获得。依据本发明提供的浸润剂所制成的玄武岩纤维集束性好，不散丝，硬挺性好，方便进行短切，且能很好地与橡胶结合，用于增强橡胶制品。并且制备方法简便易操作，有效提高了生产效率。

Description

一种增强橡胶用短切玄武岩纤维浸润剂及制备方法

技术领域

本发明涉及浸润剂技术领域，具体为一种增强橡胶用短切玄武岩纤维浸润剂及制备方法。

背景技术

上世纪80-90年代兴起的玻璃纤维增强橡胶制品，最近十几年的研究匮乏，在使用玻璃纤维增强橡胶时，由于玻璃纤维的弹性模量太低，无法匹配橡胶的韧性，进而无法生产出满足需求的增强橡胶制品。而现有技术中，弹性模量高出玻璃纤维一倍的玄武岩纤维，性能上可以匹配橡胶使用，但是玄武岩纤维由于其表面特性，其不易与橡胶结合，故需要一种特别设计的表面改性浸润剂，在玄武岩生产拉丝的过程中直接涂覆于玄武岩纤维的表面，经烘干后完成表面改性，才能满足纤维与橡胶的增强结合。现有技术中，对玄武岩纤维的改性，因为改性效果有限，纤维聚集效果不佳，尚不能满足玄武岩纤维短切后，还能满足生产需求，达到增强橡胶的生产目的。

发明内容

本发明公开了一种增强橡胶用短切玄武岩纤维浸润剂及制备方法。通过按照一定质量配比制备的短切玄武岩纤维浸润剂，在玄武岩生产拉丝的过程中直接涂覆于玄武岩纤维的表面，经烘干后即完成表面改性，使用较为方便；所制成的纤维能够很好地与橡胶结合，用于增强橡胶制品；同时本发明所提供浸润剂制备的玄武岩纤维，集束性好，不散丝，硬挺性好，很方便进行短切。

为解决上述问题，本发明提供一种增强橡胶用短切玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，按质量百分比计，包括下述成分：

所述成膜剂1为浓度为40％-45％丁苯橡胶乳液，所述成膜剂2为浓度为45％-50％环氧树脂乳液，所述偶联剂为有机硅烷偶联剂，所述环氧树脂分子量小于400。

优选的，上述短切玄武岩纤维浸润剂，按质量百分比计，包括下述成分：0.4％-0.8％偶联剂，0.04％-0.06％pH调节剂，4％-8％成膜剂1，2％-4％成膜剂2，0.2％-0.8％润滑剂，0.03％-0.07％抗静电剂，余量为水。

优选的，所述有机硅烷偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷。

优选的，所述润滑剂为阳离子型表面活性剂。

优选的，所述阳离子型表面活性剂为季铵盐、胺盐或者咪唑啉中任一种。

优选的，所述抗静电剂为无机铵盐。

优选的，所述无机铵盐为氯化铵。

优选的，所述pH调节剂为工业用冰醋酸。

本发明还提供一种上述短切玄武岩纤维浸润剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)提供成膜剂溶液；

2)润滑剂与2-3kg水混合，加热搅拌，获得润滑剂溶液；

3)偶联剂与50-100倍酸性水溶液混合，水解获得偶联剂溶液；

4)上述溶液依次混合，加水定量，搅拌，获得所述短切玄武岩纤维浸润剂。

优选的，所述步骤1)为成膜剂加入1倍水中，搅拌获得。

优选的，所述步骤2)加热温度为80℃-90℃。

优选的，所述步骤3)酸性水溶液pH值为4-5。

优选的，所述步骤3)水解时间为25-35分钟。

成膜剂是浸润剂组分中最重要的部分，它决定单丝纤维集束性、纤维柔韧性、耐摩擦性、与橡胶材料的相容结合性能。本发明为保证玄武岩纤维成型时的完好性和与橡胶的良好结合性，采用2种成膜剂组分。成膜剂1为丁苯橡胶乳液，浓度控制在40％-45％，其主要作用是保证在玄武岩纤维和橡胶基体之间形成一层良好的界面，使玄武岩纤维和橡胶基体有机地结合在一起，提高外力作用时的应力传递能力。成膜剂2为分子量小于400的水性环氧树脂乳液，浓度控制在45％-50％其主要作用为使成百乃至上千根玄武岩单丝集束在一起，同时赋予集束在一起的玄武岩丝束一定的柔韧性和良好的抗摩擦性。

润滑剂的作用是在湿态(玄武岩纤维成型)和干态(原丝络纱)过程起润滑玄武岩纤维表面作用，减少摩擦环节对纤维的损伤。

偶联剂是一种能够改变玄武岩纤维增强橡胶复合材料界面能的化合物，它能有效改善玄武岩纤维和橡胶基体的结合能力，从而提高复合材料的强度、耐水性、耐老化性及使用寿命。

抗静电剂是使玄武岩纤维免受静电影响，有效地降低玄武岩纤维在加工和使用过程中的静电。阳离子型的季胺盐类对高分子材料有较强的附着力，抗静电性好，本发明中采用的是氯化铵作为抗静电剂。

浸润剂体系一般呈中性或者弱酸性，本发明采用工业用冰醋酸作为pH调节剂，保证体系的酸性环境。

本发明提供的在短切玄武岩纤维浸润剂作用下拉制成的玄武岩纤维，纱的集束性好，不散丝，硬挺性好，很方便进行短切；同时，使用本发明的浸润剂生产的玄武岩纤维短切纱，可以很好地与橡胶结合，有效增加橡胶制品的强度和耐老化性能。并且本发明提供的制备方法，简便快捷易操作，产品产率高。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

橡胶具有极佳的回弹性、绝缘性、憎水性及耐弯曲性能。广泛应用于轮胎、胶管、密封材料等领域。但普通橡胶因自身强度低、耐高温性能差、耐磨性差而影响其应用。因此，添加高性能纤维用于增强橡胶基体成为橡胶材料改性的主要方式之一，而玄武岩纤维因其卓越的性能和成本优势，成为橡胶用纤维增强材料的首选。

由于无机玄武岩纤维与有机橡胶材料在结构上存在很大的差异，因此二者的结合性和相容性较差。这也直接降低纤维材料对橡胶基体的增强性能。所以，在制成复合材料之前，需对玄武岩纤维表面进行化学处理，得到集束性好，不散丝，硬挺性好，可以很好地与橡胶结合的短切玄武岩纤维。

下面为本发明实施例。

实施例一

1)分别称取配方量的丁苯乳液、水性环氧树脂乳液在洁净的容器中分别用去离子水1:1稀释，手动搅拌均匀，获得成膜剂乳液备用。

2)取洁净容器，加入2Kg去离子水，加热至80℃；加入预先称取好的润滑剂，电动搅拌器开启的情况下，搅拌约20分钟至均匀透明，获得润滑剂溶液备用。

3)取洁净不锈钢容器，按偶联剂配方量的50倍加入去离子水，电动搅拌器搅拌的情况下，用工业用冰醋酸调节pH值至4-5；称取配方量的偶联剂，搅拌情况下缓慢呈线性加入到酸性去离子水中进行水解，搅拌约30分钟至清澈透明，获得偶联剂溶液备用。

4)将前面经过预处理的各种溶液，按准备的先后顺序依次加入配料釜中，用去离子水稀释至配方总量,继续搅拌15分钟，配制完成，获得短切玄武岩纤维浸润剂。

上述实施例加入各成分按质量百分比计，如下表所示，其中成膜剂1为浓度为45％丁苯乳液，成膜剂2为浓度为50％水性环氧树脂乳液，偶联剂有机硅烷偶联剂，优选为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，润滑剂为阳离子型表面活性剂，优选季铵盐、胺盐或者咪唑啉中任一种，抗静电剂为无机铵盐，优选为无机铵盐为氯化铵，pH调节剂为工业用冰醋酸。

表1、实施例一各成分质量百分数

实施例二

2)取洁净容器，加入3Kg去离子水，加热至90℃；加入预先称取好的润滑剂，电动搅拌器开启的情况下，搅拌约20分钟至均匀透明，获得润滑剂溶液备用。

3)取洁净不锈钢容器，按偶联剂配方量的100倍加入去离子水，电动搅拌器搅拌的情况下，用工业用冰醋酸调节pH值至4-5；称取配方量的偶联剂，搅拌情况下缓慢呈线性加入到酸性去离子水中进行水解，搅拌约25分钟至清澈透明，获得偶联剂溶液备用。

上述实施例加入各成分按质量百分比计，如下表所示，其中成膜剂1为浓度为47％丁苯乳液，成膜剂2为浓度为52％水性环氧树脂乳液，偶联剂有机硅烷偶联剂，优选为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，润滑剂为阳离子型表面活性剂，优选季铵盐、胺盐或者咪唑啉中任一种，抗静电剂为无机铵盐，优选为无机铵盐为氯化铵，pH调节剂为工业用冰醋酸。

表2、实施例二各成分质量百分数

实施例三

3)取洁净不锈钢容器，按偶联剂配方量的80倍加入去离子水，电动搅拌器搅拌的情况下，用工业用冰醋酸调节pH值至4-5；称取配方量的偶联剂，搅拌情况下缓慢呈线性加入到酸性去离子水中进行水解，搅拌约35分钟至清澈透明，获得偶联剂溶液备用。

上述实施例加入各成分按质量百分比计，如下表所示，其中成膜剂1为浓度为48％丁苯乳液，成膜剂2为浓度为54％水性环氧树脂乳液偶联剂有机硅烷偶联剂，优选为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，润滑剂为阳离子型表面活性剂，优选季铵盐、胺盐或者咪唑啉中任一种，抗静电剂为无机铵盐，优选为无机铵盐为氯化铵，pH调节剂为工业用冰醋酸。

表3、实施例三各成分质量百分数

实施例四

2)取洁净容器，加入2.5Kg去离子水，加热至90℃；加入预先称取好的润滑剂，电动搅拌器开启的情况下，搅拌约20分钟至均匀透明，获得润滑剂溶液备用。

3)取洁净不锈钢容器，按偶联剂配方量的60倍加入去离子水，电动搅拌器搅拌的情况下，用工业用冰醋酸调节pH值至4-5；称取配方量的偶联剂，搅拌情况下缓慢呈线性加入到酸性去离子水中进行水解，搅拌约30分钟至清澈透明，获得偶联剂溶液备用。

上述实施例加入各成分按质量百分比计，如下表所示，其中成膜剂1为浓度为50％丁苯乳液，成膜剂2为浓度为55水性环氧树脂乳液，偶联剂有机硅烷偶联剂，优选为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，润滑剂为阳离子型表面活性剂，优选季铵盐、胺盐或者咪唑啉中任一种，抗静电剂为无机铵盐，优选为无机铵盐为氯化铵，pH调节剂为工业用冰醋酸。

表4、实施例四各成分质量百分数

实施例五

3)取洁净不锈钢容器，按偶联剂配方量的100倍加入去离子水，电动搅拌器搅拌的情况下，用工业用冰醋酸调节pH值至4-5；称取配方量的偶联剂，搅拌情况下缓慢呈线性加入到酸性去离子水中进行水解，搅拌30分钟至清澈透明，获得偶联剂溶液备用。

表5、实施例五各成分质量百分数

上述实施例均能获得集束性好，不散丝，硬挺性好，很方便进行短切的玄武岩纤维，其中各组分百分含量为0.4％-0.8％偶联剂，0.04％-0.06％pH调节剂，4％-8％成膜剂1，2％-4％成膜剂2，0.2％-0.8％润滑剂，0.03％-0.07％抗静电剂，余量为去离子水时，性能更为优化。

本发明提供的在浸润剂作用下拉制成的玄武岩纤维，纱的集束性好，不散丝，硬挺性好，很方便进行短切；同时，使用本发明的浸润剂生产的玄武岩纤维短切纱，可以很好地与橡胶结合，有效增加橡胶制品的强度和耐老化性能。并且本发明提供的制备方法，简便快捷易操作，产品产率高。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种增强橡胶用短切玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，按质量百分比计，包括下述成分：

所述成膜剂1为浓度为40％-45％丁苯橡胶乳液，所述成膜剂2为浓度为45％-50％环氧树脂乳液，所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。

2.根据权利要求1所述的短切玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，按质量百分比计，包括下述成分：0.4％-0.8％偶联剂，0.04％-0.06％pH调节剂，4％-8％成膜剂1，2％-4％成膜剂2，0.2％-0.8％润滑剂，0.03％-0.07％抗静电剂，余量为水。

3.根据权利要求1所述的短切玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，所述有机硅烷偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷。

4.根据权利要求1所述的短切玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，所述润滑剂为阳离子型表面活性剂。

5.根据权利要求1所述的短切玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，所述抗静电剂为无机铵盐。

6.权利要求1-5任一项所述短切玄武岩纤维浸润剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)提供成膜剂溶液；

2)润滑剂与2-3kg水混合，加热搅拌，获得润滑剂溶液；

3)偶联剂与50-100倍酸性水溶液混合，水解获得偶联剂溶液；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)为成膜剂加入1倍水中，搅拌获得。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)加热温度为80℃-90℃。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)酸性水溶液pH值为4-5。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)水解时间为25-35分钟。